Caractérisation et modélisation du comportement diélectrique d'un matériau composite soumis à un vieillissement hydrothermique

Characterization and modelling of dielectric behavior of a composite material subject to hydrothermal ageing

• Auteur / Autrice : Thinh Pham Hong
• Direction : Olivier Lesaint, Patrice Gonon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)

Résumé

L'objectif de ce travail est d'étudier la diffusion de l'eau (vieillissement hydrothermique) dans un matériau composite époxy utilisé pour l'isolation des barres d'alternateurs, et ses conséquences sur les propriétés diélectriques et électriques du matériau. Le champ de claquage décroît fortement en présence d'eau. La spectroscopie diélectrique à basse fréquence (<10-1Hz) et à basse tension montre une grande sensibilité des propriétés diélectriques (permittivité et Tan Delta) vis à vis de la teneur en eau absorbée tandis que les mêmes mesures à haute tension ne montrent pratiquement pas de variation par rapport aux premières. En analysant des mesures de spectroscopie diélectrique et des mesures du courant DC, le matériau apparaît comme étant formé par des clusters d'eau entre lesquels le transfert de charge dépend de la température et de la direction du champ appliqué. Un modèle a été développé pour calculer la distribution du potentiel et du champ dans le matériau vieilli dans une structure de barre. Le calcul du champ met en évidence la chute de fiabilité lors que le matériau subit un vieillissement hydrothermique. Il suggère également une nouvelle méthode efficace de diagnostic de l'isolation.

The purpose of this work is to study water diffusion (hydrothermal ageing ) into epoxy composite materials used as groundwall insulation in statorbars of turbine generator and its effect on the dielectric and electric properties of the material. Breakdown voltage is found to be strongly decreased with water uptake. Dielectric spectroscopy at low frequency (below 10-1Hz) and at low field shows a large sensitivity of the dielectric properties (permittivity et Tan Delta) to water uptake, while the same mesurements performed at high field do not show any variation with respect to the former. With the help of DC current measurements, the material is appeared to be constituted of water clusters wherein the charge transport between them is favored by temperature and field direction. A model have been develloped to calculate the potential distribution and electric field in aged material in statorbar structure. The calculation of electric field clarified the drop of reliability when the material is subjected to hydrothermal ageing. This result also suggests a new diagnostic method of insulation.